JP2001345520A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】インジウムを含む層の上層にインジウムが取り
込まれるのを防止し、インジウムを含む層の上層の結晶
性を向上させ、高品質な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体発光素子の製造方法を提供する。 【解決手段】窒素を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を結晶成長させて形成する工程を有する半導体発光素
子の製造方法であって、第１の温度でインジウムおよび
窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１半導体
層（１６）を成長させ、次に、第１半導体層（１６）の
上方に、第２の温度でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦
ｘ≦１）からなる第２半導体層（１８）を成長させ、こ
こで、第２の温度は、第１の温度よりも高く、第２半導
体層（１８）中にインジウムが取り込まれるのを防止す
る温度とする。
込まれるのを防止し、インジウムを含む層の上層の結晶
性を向上させ、高品質な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体発光素子の製造方法を提供する。 【解決手段】窒素を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を結晶成長させて形成する工程を有する半導体発光素
子の製造方法であって、第１の温度でインジウムおよび
窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１半導体
層（１６）を成長させ、次に、第１半導体層（１６）の
上方に、第２の温度でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦
ｘ≦１）からなる第２半導体層（１８）を成長させ、こ
こで、第２の温度は、第１の温度よりも高く、第２半導
体層（１８）中にインジウムが取り込まれるのを防止す
る温度とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒素を含有する
（以下窒化物系とも言う）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発
光素子の製造方法に関し、特に、インジウムを含む半導
体層の上層にさらに他の半導体層を形成する半導体発光
素子の製造方法に関する。
（以下窒化物系とも言う）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発
光素子の製造方法に関し、特に、インジウムを含む半導
体層の上層にさらに他の半導体層を形成する半導体発光
素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下「ＧａＮ系半導
体」ともいう）は、緑色から青色、さらには紫外線の領
域にわたる発光が可能な発光素子などの材料として有望
である。特に、このＧａＮ系半導体を用いた発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）が実用化されて以来、ＧａＮ系半導体は
大きな注目を集めている。また、このＧａＮ系半導体を
用いた半導体レーザの実現も報告されており、ＤＶＤ
（デジタル多用途ディスク）などの光学的に情報を記録
する光学記録媒体（以下、光ディスクとも称する）に記
録された情報の読み取り（再生）、あるいはこれらに情
報の書き込み（記録）を行う装置（以下、光ディスク装
置とも称する）に内蔵される光学ピックアップ装置など
への応用が期待されている。
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下「ＧａＮ系半導
体」ともいう）は、緑色から青色、さらには紫外線の領
域にわたる発光が可能な発光素子などの材料として有望
である。特に、このＧａＮ系半導体を用いた発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）が実用化されて以来、ＧａＮ系半導体は
大きな注目を集めている。また、このＧａＮ系半導体を
用いた半導体レーザの実現も報告されており、ＤＶＤ
（デジタル多用途ディスク）などの光学的に情報を記録
する光学記録媒体（以下、光ディスクとも称する）に記
録された情報の読み取り（再生）、あるいはこれらに情
報の書き込み（記録）を行う装置（以下、光ディスク装
置とも称する）に内蔵される光学ピックアップ装置など
への応用が期待されている。
【０００３】図１は、一般的な構造を有する上記のＧａ
Ｎ系半導体発光素子（レーザダイオードＬＤ）の斜視図
である。サファイア基板１１上に、多重量子井戸構造の
活性層１６を含むＧａＮ系半導体層が積層されて、半導
体積層体１０が形成されている。半導体積層体１０にお
いて、活性層１６を挟み込むように形成されたｐ型のク
ラッド層とｎ型のクラッド層のそれぞれに接続するよう
に、ｐ電極１０ａとｎ電極１０ｂがぞれぞれ形成されて
いる。ここで、サファイア基板１１が絶縁性であること
から、ｎ型のクラッド層に接続する半導体層あるいはｎ
型のクラッド層自身の引き出し部１０ｃがサファイア基
板１１上において半導体積層体１０からはみ出して形成
されており、この上層に上記ｎ電極１０ｂが形成されて
いる。上記のｐ電極１０ａとｎ電極１０ｂに、電源Ｂに
より所定の電圧が印加されると、半導体積層体１０中の
活性層１６からレーザ光Ｌが出射される。
Ｎ系半導体発光素子（レーザダイオードＬＤ）の斜視図
である。サファイア基板１１上に、多重量子井戸構造の
活性層１６を含むＧａＮ系半導体層が積層されて、半導
体積層体１０が形成されている。半導体積層体１０にお
いて、活性層１６を挟み込むように形成されたｐ型のク
ラッド層とｎ型のクラッド層のそれぞれに接続するよう
に、ｐ電極１０ａとｎ電極１０ｂがぞれぞれ形成されて
いる。ここで、サファイア基板１１が絶縁性であること
から、ｎ型のクラッド層に接続する半導体層あるいはｎ
型のクラッド層自身の引き出し部１０ｃがサファイア基
板１１上において半導体積層体１０からはみ出して形成
されており、この上層に上記ｎ電極１０ｂが形成されて
いる。上記のｐ電極１０ａとｎ電極１０ｂに、電源Ｂに
より所定の電圧が印加されると、半導体積層体１０中の
活性層１６からレーザ光Ｌが出射される。
【０００４】図２（ａ）は、上記の半導体積層体１０部
分をより詳細に説明する断面図である。例えば、サファ
イア基板１１上に、ＧａＮなどからなるバッファ層１２
が形成されており、その上層に、例えば、約５．０μｍ
の膜厚のｎ型のＧａＮ層（コンタクト層）１３、約０．
５μｍの膜厚のｎ型のＡｌＧａＮ層（クラッド層）１
４、約０．１μｍの膜厚のｎ型のＧａＮ層（ガイド層）
１５、ＧａＩｎＮなどからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造の活性層（発光層）１６、約０．０２μｍの膜厚の
ｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）１７、約０．１μｍ
の膜厚のｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１８、約０．５μ
ｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層（クラッド層）１９、約
０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａＮ層（コンタクト層）２
０がそれぞれ積層されている。上記において、ｎ型の層
にドープするｎ型不純物（ドナー不純物）としてはシリ
コン（Ｓｉ）などを用い、ｐ型の層にドープするｐ型不
純物（アクセプタ不純物）としてはマグネシウム（Ｍ
ｇ）や亜鉛（Ｚｎ）などを用いる。
分をより詳細に説明する断面図である。例えば、サファ
イア基板１１上に、ＧａＮなどからなるバッファ層１２
が形成されており、その上層に、例えば、約５．０μｍ
の膜厚のｎ型のＧａＮ層（コンタクト層）１３、約０．
５μｍの膜厚のｎ型のＡｌＧａＮ層（クラッド層）１
４、約０．１μｍの膜厚のｎ型のＧａＮ層（ガイド層）
１５、ＧａＩｎＮなどからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造の活性層（発光層）１６、約０．０２μｍの膜厚の
ｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）１７、約０．１μｍ
の膜厚のｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１８、約０．５μ
ｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層（クラッド層）１９、約
０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａＮ層（コンタクト層）２
０がそれぞれ積層されている。上記において、ｎ型の層
にドープするｎ型不純物（ドナー不純物）としてはシリ
コン（Ｓｉ）などを用い、ｐ型の層にドープするｐ型不
純物（アクセプタ不純物）としてはマグネシウム（Ｍ
ｇ）や亜鉛（Ｚｎ）などを用いる。
【０００５】図２（ｂ）は、上記の多重量子井戸構造の
活性層１６のポテンシャルを示す模式図である。活性層
１６においては、インジウム（Ｉｎ）の含有量が２％の
層と８％の層が交互に積層しており、各層のポテンシャ
ルが異なっていることから、多重量子井戸構造を構成し
ている。
活性層１６のポテンシャルを示す模式図である。活性層
１６においては、インジウム（Ｉｎ）の含有量が２％の
層と８％の層が交互に積層しており、各層のポテンシャ
ルが異なっていることから、多重量子井戸構造を構成し
ている。
【０００６】上記のＧａＮ系半導体発光素子（レーザダ
イオードＬＤ）の製造方法について説明する。上記のＧ
ａＮ系半導体により発光素子などを製造する場合には、
サファイア基板やＳｉＣ基板などの上にＧａＮ系半導体
を多層に成長させる必要がある。このＧａＮ系半導体の
成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などがある
が、このうちＭＯＣＶＤ法は高真空を必要としないた
め、実用上有利であり、多く用いられている。
イオードＬＤ）の製造方法について説明する。上記のＧ
ａＮ系半導体により発光素子などを製造する場合には、
サファイア基板やＳｉＣ基板などの上にＧａＮ系半導体
を多層に成長させる必要がある。このＧａＮ系半導体の
成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などがある
が、このうちＭＯＣＶＤ法は高真空を必要としないた
め、実用上有利であり、多く用いられている。
【０００７】上記のＭＯＣＶＤ法においては、例えば石
英ガラスなどからなるＭＯＣＶＤ反応管内に被処理基板
を配置し、反応管を取り囲むＲＦコイルなどにより加熱
しながら、反応管内に、窒素原料であるアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）と、成長させるＧａＮ系半導体に応じて、ガリウ
ム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉ
ｎ）などの原料をキャリアガスとともに供給し、反応管
内に戴置された被処理基板上にＧａＮ系半導体を成長さ
せる。
英ガラスなどからなるＭＯＣＶＤ反応管内に被処理基板
を配置し、反応管を取り囲むＲＦコイルなどにより加熱
しながら、反応管内に、窒素原料であるアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）と、成長させるＧａＮ系半導体に応じて、ガリウ
ム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉ
ｎ）などの原料をキャリアガスとともに供給し、反応管
内に戴置された被処理基板上にＧａＮ系半導体を成長さ
せる。
【０００８】図２に示す構造のＧａＮ系半導体を多層に
成長させる半導体発光素子の製造方法の製造工程につい
て、図３を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示す
ように、ｃ面サファイア基板１１をサーマルクリーニン
グした後、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮなどからなるバ
ッファ層１２、約５．０μｍの膜厚のｎ型のＧａＮ層
（コンタクト層）１３、約０．５μｍの膜厚のｎ型のＡ
ｌＧａＮ層（クラッド層）１４、および、約０．１μｍ
の膜厚のｎ型のＧａＮ層（ガイド層）１５を順に結晶成
長させて形成する。上記において、ｎ型の各層にドープ
するｎ型不純物（ドナー不純物）としてはシリコン（Ｓ
ｉ）などを用いる。
成長させる半導体発光素子の製造方法の製造工程につい
て、図３を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示す
ように、ｃ面サファイア基板１１をサーマルクリーニン
グした後、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮなどからなるバ
ッファ層１２、約５．０μｍの膜厚のｎ型のＧａＮ層
（コンタクト層）１３、約０．５μｍの膜厚のｎ型のＡ
ｌＧａＮ層（クラッド層）１４、および、約０．１μｍ
の膜厚のｎ型のＧａＮ層（ガイド層）１５を順に結晶成
長させて形成する。上記において、ｎ型の各層にドープ
するｎ型不純物（ドナー不純物）としてはシリコン（Ｓ
ｉ）などを用いる。
【０００９】次に、図３（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶ
Ｄ法により、ｎ型のＧａＮ層１５上にＧａＩｎＮからな
る多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層（発光層）１６
を結晶成長させて形成する。
Ｄ法により、ｎ型のＧａＮ層１５上にＧａＩｎＮからな
る多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層（発光層）１６
を結晶成長させて形成する。
【００１０】次に、ＭＯＣＶＤ法により、活性層１６の
上層に、約０．０２μｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層
（キャップ層）１７、約０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａ
Ｎ層（ガイド層）１８、約０．５μｍの膜厚のｐ型のＡ
ｌＧａＮ層（クラッド層）１９、および、約０．１μｍ
の膜厚のｐ型のＧａＮ層（コンタクト層）２０を順に結
晶成長させて形成し、図２に示す構造に至る。上記にお
いて、ｐ型の各層にドープするｐ型不純物（アクセプタ
不純物）としてはマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）
などを用いる。以降の工程としては、エッチングによ
り、図１に示すｎ型のクラッド層自身の引き出し部１０
ｃを形成し、電極（１０ａ，１０ｂ）を形成して、エッ
チングなどによりレーザ共振器端面を形成して、所望の
レーザダイオードとすることができる。
上層に、約０．０２μｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層
（キャップ層）１７、約０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａ
Ｎ層（ガイド層）１８、約０．５μｍの膜厚のｐ型のＡ
ｌＧａＮ層（クラッド層）１９、および、約０．１μｍ
の膜厚のｐ型のＧａＮ層（コンタクト層）２０を順に結
晶成長させて形成し、図２に示す構造に至る。上記にお
いて、ｐ型の各層にドープするｐ型不純物（アクセプタ
不純物）としてはマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）
などを用いる。以降の工程としては、エッチングによ
り、図１に示すｎ型のクラッド層自身の引き出し部１０
ｃを形成し、電極（１０ａ，１０ｂ）を形成して、エッ
チングなどによりレーザ共振器端面を形成して、所望の
レーザダイオードとすることができる。
【００１１】上記の半導体発光素子の製造方法におい
て、特開平１０−３２３４９号公報に記載されているよ
うに、Ｖ族原料であるアンモニアの分解効率が低いの
で、ＧａＮ層やＡｌＧａＮ層などは１０００℃程度の高
温で成長させるのが好ましい。しかしながら、活性層に
含まれるインジウムは、８００℃程度の低温でなけれ
ば、成長層中に取り込まれない。さらに、活性層を成長
させた後、その上層にＧａＮ層やＡｌＧａＮ層などを形
成するために、活性層の成長後に直ちに１０００℃程度
まで昇温してしまうと、活性層中のＩｎＮが分解して結
晶性が低下すると考えられていたため、少なくとも活性
層の上層のキャップ層（具体的には例えばｐ型のＡｌＧ
ａＮ層）の成長終了まで昇温せず、その上層にガイド層
（具体的には例えばｐ型のＧａＮ層）を成長させる前あ
るいは成長させる間に、再び１０００℃程度に昇温して
いた。
て、特開平１０−３２３４９号公報に記載されているよ
うに、Ｖ族原料であるアンモニアの分解効率が低いの
で、ＧａＮ層やＡｌＧａＮ層などは１０００℃程度の高
温で成長させるのが好ましい。しかしながら、活性層に
含まれるインジウムは、８００℃程度の低温でなけれ
ば、成長層中に取り込まれない。さらに、活性層を成長
させた後、その上層にＧａＮ層やＡｌＧａＮ層などを形
成するために、活性層の成長後に直ちに１０００℃程度
まで昇温してしまうと、活性層中のＩｎＮが分解して結
晶性が低下すると考えられていたため、少なくとも活性
層の上層のキャップ層（具体的には例えばｐ型のＡｌＧ
ａＮ層）の成長終了まで昇温せず、その上層にガイド層
（具体的には例えばｐ型のＧａＮ層）を成長させる前あ
るいは成長させる間に、再び１０００℃程度に昇温して
いた。
【００１２】即ち、従来の半導体発光素子の製造方法に
おいては、例えば５１０℃の成長温度でバッファ層１２
を成長させた後、例えば約１０００℃まで昇温して、ｎ
型のＧａＮ層（コンタクト層）１３、ｎ型のＡｌＧａＮ
層（クラッド層）１４およびｎ型のＧａＮ層（ガイド
層）１５を成長させ、次に、成長温度を例えば７５０〜
８５０℃にまで降温し、活性層１６およびｐ型のＡｌＧ
ａＮ層（キャップ層）１７を成長させ、次に、再び約１
０００℃まで昇温して、ｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１
８、ｐ型のＡｌＧａＮ層（クラッド層）１９およびｐ型
のＧａＮ層（コンタクト層）２０を成長させる、あるい
は、ｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１８を成長させる間に
約１０００℃まで昇温して、その後、ｐ型のＡｌＧａＮ
層（クラッド層）１９およびｐ型のＧａＮ層（コンタク
ト層）２０を成長させていた。図４（ｂ）中の温度プロ
ファイルＺは、上記に従う成長温度プロファイルの例で
あり、図４（ｃ）中の各層（符号はそれぞれ図２中の符
号と一致する）に対応する。
おいては、例えば５１０℃の成長温度でバッファ層１２
を成長させた後、例えば約１０００℃まで昇温して、ｎ
型のＧａＮ層（コンタクト層）１３、ｎ型のＡｌＧａＮ
層（クラッド層）１４およびｎ型のＧａＮ層（ガイド
層）１５を成長させ、次に、成長温度を例えば７５０〜
８５０℃にまで降温し、活性層１６およびｐ型のＡｌＧ
ａＮ層（キャップ層）１７を成長させ、次に、再び約１
０００℃まで昇温して、ｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１
８、ｐ型のＡｌＧａＮ層（クラッド層）１９およびｐ型
のＧａＮ層（コンタクト層）２０を成長させる、あるい
は、ｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１８を成長させる間に
約１０００℃まで昇温して、その後、ｐ型のＡｌＧａＮ
層（クラッド層）１９およびｐ型のＧａＮ層（コンタク
ト層）２０を成長させていた。図４（ｂ）中の温度プロ
ファイルＺは、上記に従う成長温度プロファイルの例で
あり、図４（ｃ）中の各層（符号はそれぞれ図２中の符
号と一致する）に対応する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
製造方法において、８００℃で成長させたＧａＮ層など
の半導体層は結晶性が悪く、キャリア濃度が低いために
発光効率が低くなってしまい、動作電圧を高くする要因
となっていた。
製造方法において、８００℃で成長させたＧａＮ層など
の半導体層は結晶性が悪く、キャリア濃度が低いために
発光効率が低くなってしまい、動作電圧を高くする要因
となっていた。
【００１４】また、ＧａＩｎＮ層（活性層）の成長時
に、ＭＯＣＶＤ装置の反応管内において被処理基板を載
せる台であるサセプタ周辺にインジウムが付着してしま
い、このインジウムがその後に成長させるキャップ層や
ガイド層などのＡｌＧａＮ層あるいはＧａＮ層中に取り
込まれてしまい、結晶性を低下させる要因となってい
た。
に、ＭＯＣＶＤ装置の反応管内において被処理基板を載
せる台であるサセプタ周辺にインジウムが付着してしま
い、このインジウムがその後に成長させるキャップ層や
ガイド層などのＡｌＧａＮ層あるいはＧａＮ層中に取り
込まれてしまい、結晶性を低下させる要因となってい
た。
【００１５】図５（ａ）は、上記の従来方法により成長
させた半導体発光素子のＳＩＭＳ（二次イオン質量スペ
クトル）分析結果であり、図中、それぞれ、実線Ａはイ
ンジウム（Ｉｎ）、破線Ｂはガリウム（Ｇａ）、一点鎖
線Ｃはアルミニウム（Ａｌ）の二次イオン強度（相対
値）を表面からの距離（相対値）に対して測定したもの
である。図５（ａ）に示すように、実線Ａのインジウム
のスペクトルに肩Ａ’が形成されており、活性層の上層
にインジウムが取り込まれていることを示している。
させた半導体発光素子のＳＩＭＳ（二次イオン質量スペ
クトル）分析結果であり、図中、それぞれ、実線Ａはイ
ンジウム（Ｉｎ）、破線Ｂはガリウム（Ｇａ）、一点鎖
線Ｃはアルミニウム（Ａｌ）の二次イオン強度（相対
値）を表面からの距離（相対値）に対して測定したもの
である。図５（ａ）に示すように、実線Ａのインジウム
のスペクトルに肩Ａ’が形成されており、活性層の上層
にインジウムが取り込まれていることを示している。
【００１６】従って、本発明の目的は、窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体層において、活性層などのインジウ
ムを含む半導体層の上層の半導体層中にインジウムが取
り込まれるのを防止し、インジウムを含む半導体層の上
層の半導体層の結晶性を向上させ、高品質な窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子を製造することができ
る方法を提供することである。
−Ｖ族化合物半導体層において、活性層などのインジウ
ムを含む半導体層の上層の半導体層中にインジウムが取
り込まれるのを防止し、インジウムを含む半導体層の上
層の半導体層の結晶性を向上させ、高品質な窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子を製造することができ
る方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体発光素子の製造方法は、窒素を含有
するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させて形成
する工程を有する半導体発光素子の製造方法であって、
第１の温度でインジウムおよび窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体である第１半導体層を成長させる工程と、
上記第１半導体層の上方に、第２の温度でＡｌx Ｇａ
1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第２半導体層を
成長させる工程とを有し、上記第２の温度は、上記第１
の温度よりも高く、上記第２半導体層中にインジウムが
取り込まれるのを防止する温度である。
め、本発明の半導体発光素子の製造方法は、窒素を含有
するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させて形成
する工程を有する半導体発光素子の製造方法であって、
第１の温度でインジウムおよび窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体である第１半導体層を成長させる工程と、
上記第１半導体層の上方に、第２の温度でＡｌx Ｇａ
1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第２半導体層を
成長させる工程とを有し、上記第２の温度は、上記第１
の温度よりも高く、上記第２半導体層中にインジウムが
取り込まれるのを防止する温度である。
【００１８】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、上記第１半導体層を成長させる工程の
後、上記第２半導体層を成長させる工程の前に、Ａｌy
Ｇａ1- y Ｎ（ただし、０≦ｙ≦１）からなる第３半導体
層を成長させる工程をさらに有し、上記第２半導体層を
成長させる工程においては、上記第３半導体層の上層に
成長させ、上記第３半導体層を成長させる間に、上記第
１の温度から上記第２の温度に昇温する。
は、好適には、上記第１半導体層を成長させる工程の
後、上記第２半導体層を成長させる工程の前に、Ａｌy
Ｇａ1- y Ｎ（ただし、０≦ｙ≦１）からなる第３半導体
層を成長させる工程をさらに有し、上記第２半導体層を
成長させる工程においては、上記第３半導体層の上層に
成長させ、上記第３半導体層を成長させる間に、上記第
１の温度から上記第２の温度に昇温する。
【００１９】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、インジウムを含む窒化物系の第１半導体層の上方
に、第１半導体層の成長温度である第１の温度よりも高
く、インジウムが取り込まれるのを防止する第２の温度
でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第
２半導体層を成長させる。第１の温度で第１半導体層を
成長させ、第２の温度まで昇温させてから第１半導体層
上に第２半導体層を成長させてもよく、第１半導体層と
第２半導体層の間に第３半導体層を形成して、第３半導
体層を形成する間に第１の温度から第２の温度に昇温さ
せてもよい。上記のように、インジウムを含む第１半導
体層を形成した後に、直ちに温度を上昇させても、Ｇａ
ＩｎＮの分解により第１半導体層の結晶性が低下するこ
とはないことが明らかとなる一方で、第２半導体層の成
長時の成長温度を高めることにより、第２半導体層中に
インジウムが取り込まれるのを防止して、第２半導体層
の結晶性を向上させることができ、高品質な半導体発光
素子を製造することができる。
は、インジウムを含む窒化物系の第１半導体層の上方
に、第１半導体層の成長温度である第１の温度よりも高
く、インジウムが取り込まれるのを防止する第２の温度
でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第
２半導体層を成長させる。第１の温度で第１半導体層を
成長させ、第２の温度まで昇温させてから第１半導体層
上に第２半導体層を成長させてもよく、第１半導体層と
第２半導体層の間に第３半導体層を形成して、第３半導
体層を形成する間に第１の温度から第２の温度に昇温さ
せてもよい。上記のように、インジウムを含む第１半導
体層を形成した後に、直ちに温度を上昇させても、Ｇａ
ＩｎＮの分解により第１半導体層の結晶性が低下するこ
とはないことが明らかとなる一方で、第２半導体層の成
長時の成長温度を高めることにより、第２半導体層中に
インジウムが取り込まれるのを防止して、第２半導体層
の結晶性を向上させることができ、高品質な半導体発光
素子を製造することができる。
【００２０】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、上記第２の温度は、８５０℃以上１１０
０℃以下、さらに好適には、９００℃以上１０５０℃以
下である。上記の温度に昇温することで、効果的に第２
半導体層中にインジウムが取り込まれるのを防止して、
第２半導体層の結晶性を向上させることができる。
は、好適には、上記第２の温度は、８５０℃以上１１０
０℃以下、さらに好適には、９００℃以上１０５０℃以
下である。上記の温度に昇温することで、効果的に第２
半導体層中にインジウムが取り込まれるのを防止して、
第２半導体層の結晶性を向上させることができる。
【００２１】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、上記第３半導体層を、０．０１〜０．５
μｍ、さらに好適には、０．０１〜０．１μｍの膜厚で
形成する。第３半導体層の成長終了前に完全に昇温させ
ることで、第２半導体層の成長温度を最初から高い温度
に設定でき、第２半導体層の結晶性を向上させることが
できる。
は、好適には、上記第３半導体層を、０．０１〜０．５
μｍ、さらに好適には、０．０１〜０．１μｍの膜厚で
形成する。第３半導体層の成長終了前に完全に昇温させ
ることで、第２半導体層の成長温度を最初から高い温度
に設定でき、第２半導体層の結晶性を向上させることが
できる。
【００２２】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、上記第２半導体層を成長させる工程にお
いて、上記第２半導体層を成長させる間に、上記第２の
温度からさらに昇温して成長させる。第１の温度から第
２の温度に昇温させることで、第２半導体層のある程度
の結晶性を確保できるが、さらに昇温させることでさら
なる結晶性の向上が可能となる。
は、好適には、上記第２半導体層を成長させる工程にお
いて、上記第２半導体層を成長させる間に、上記第２の
温度からさらに昇温して成長させる。第１の温度から第
２の温度に昇温させることで、第２半導体層のある程度
の結晶性を確保できるが、さらに昇温させることでさら
なる結晶性の向上が可能となる。
【００２３】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、前記半導体発光素子として、レーザダイ
オードを形成する。レーザダイオードとして実用的な寿
命を実現するには、高い結晶性が必要であるが、本発明
により結晶性の向上が可能である。
は、好適には、前記半導体発光素子として、レーザダイ
オードを形成する。レーザダイオードとして実用的な寿
命を実現するには、高い結晶性が必要であるが、本発明
により結晶性の向上が可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るの半導体発光
素子およびその製造方法、さらに、その半導体発光素子
を用いたレーザカプラおよび光ディスク装置の実施の形
態について図面を参照して説明する。なお、実施形態の
全図において、同一または対応する部分には同一の符号
を付す。
素子およびその製造方法、さらに、その半導体発光素子
を用いたレーザカプラおよび光ディスク装置の実施の形
態について図面を参照して説明する。なお、実施形態の
全図において、同一または対応する部分には同一の符号
を付す。
【００２５】図１は、本実施形態に係る窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体発光素子であるＧａＮ系半導体発光
素子（レーザダイオードＬＤ）の斜視図である。サファ
イア基板１１上に、多重量子井戸構造の活性層１６を含
むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＧａＮ系半導体層が
積層されて、半導体積層体１０が形成されている。半導
体積層体１０において、活性層１６を挟み込むように形
成されたｐ型のクラッド層とｎ型のクラッド層のそれぞ
れに接続するように、ｐ電極１０ａとｎ電極１０ｂがぞ
れぞれ形成されている。ここで、サファイア基板１１が
絶縁性であることから、ｎ型のクラッド層に接続する半
導体層あるいはｎ型のクラッド層自身の引き出し部１０
ｃがサファイア基板１１上において半導体積層体１０か
らはみ出して形成されており、この上層に上記ｎ電極１
０ｂが形成されている。上記のｐ電極１０ａとｎ電極１
０ｂに、電源Ｂにより所定の電圧を印加することで、半
導体積層体１０中の活性層１６からレーザ光Ｌが出射さ
れる。
−Ｖ族化合物半導体発光素子であるＧａＮ系半導体発光
素子（レーザダイオードＬＤ）の斜視図である。サファ
イア基板１１上に、多重量子井戸構造の活性層１６を含
むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＧａＮ系半導体層が
積層されて、半導体積層体１０が形成されている。半導
体積層体１０において、活性層１６を挟み込むように形
成されたｐ型のクラッド層とｎ型のクラッド層のそれぞ
れに接続するように、ｐ電極１０ａとｎ電極１０ｂがぞ
れぞれ形成されている。ここで、サファイア基板１１が
絶縁性であることから、ｎ型のクラッド層に接続する半
導体層あるいはｎ型のクラッド層自身の引き出し部１０
ｃがサファイア基板１１上において半導体積層体１０か
らはみ出して形成されており、この上層に上記ｎ電極１
０ｂが形成されている。上記のｐ電極１０ａとｎ電極１
０ｂに、電源Ｂにより所定の電圧を印加することで、半
導体積層体１０中の活性層１６からレーザ光Ｌが出射さ
れる。
【００２６】図２（ａ）は、上記のＧａＮ系化合物であ
る半導体積層体１０部分をより詳細に説明する断面図で
ある。例えば、サファイア基板１１上に、ＧａＮなどか
らなるバッファ層１２が形成されており、その上層に、
例えば、約５．０μｍの膜厚のｎ型のＧａＮ層（コンタ
クト層）１３、約０．５μｍの膜厚のｎ型のＡｌＧａＮ
層（クラッド層）１４、約０．１μｍの膜厚のｎ型のＧ
ａＮ層（ガイド層）１５、ＧａＩｎＮなどからなる多重
量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層（発光層）１６、約
０．０２μｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ
層）１７、約０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａＮ層（ガイ
ド層）１８、約０．５μｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層
（クラッド層）１９、約０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａ
Ｎ層（コンタクト層）２０がそれぞれ積層されている。
上記において、ｎ型の層にドープするｎ型不純物（ドナ
ー不純物）としてはシリコン（Ｓｉ）などを用い、ｐ型
の層にドープするｐ型不純物（アクセプタ不純物）とし
てはマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）などを用い
る。
る半導体積層体１０部分をより詳細に説明する断面図で
ある。例えば、サファイア基板１１上に、ＧａＮなどか
らなるバッファ層１２が形成されており、その上層に、
例えば、約５．０μｍの膜厚のｎ型のＧａＮ層（コンタ
クト層）１３、約０．５μｍの膜厚のｎ型のＡｌＧａＮ
層（クラッド層）１４、約０．１μｍの膜厚のｎ型のＧ
ａＮ層（ガイド層）１５、ＧａＩｎＮなどからなる多重
量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層（発光層）１６、約
０．０２μｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ
層）１７、約０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａＮ層（ガイ
ド層）１８、約０．５μｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層
（クラッド層）１９、約０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａ
Ｎ層（コンタクト層）２０がそれぞれ積層されている。
上記において、ｎ型の層にドープするｎ型不純物（ドナ
ー不純物）としてはシリコン（Ｓｉ）などを用い、ｐ型
の層にドープするｐ型不純物（アクセプタ不純物）とし
てはマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）などを用い
る。
【００２７】図２（ｂ）は、上記の多重量子井戸構造の
活性層１６のポテンシャルを示す模式図である。活性層
１６においては、インジウム（Ｉｎ）の含有量が２％の
層と８％の層が交互に積層しており、各層のポテンシャ
ルが異なっていることから、多重量子井戸構造を構成し
ている。
活性層１６のポテンシャルを示す模式図である。活性層
１６においては、インジウム（Ｉｎ）の含有量が２％の
層と８％の層が交互に積層しており、各層のポテンシャ
ルが異なっていることから、多重量子井戸構造を構成し
ている。
【００２８】上記のＧａＮ系半導体発光素子（レーザダ
イオードＬＤ）の製造方法について説明する。上記のＧ
ａＮ系半導体により発光素子などを製造する場合には、
サファイア基板やＳｉＣ基板などの上にＧａＮ系半導体
を多層に成長させる必要がある。このＧａＮ系半導体の
成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いる
ことができる。
イオードＬＤ）の製造方法について説明する。上記のＧ
ａＮ系半導体により発光素子などを製造する場合には、
サファイア基板やＳｉＣ基板などの上にＧａＮ系半導体
を多層に成長させる必要がある。このＧａＮ系半導体の
成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いる
ことができる。
【００２９】上記のＭＯＣＶＤ法においては、例えば石
英ガラスなどからなるＭＯＣＶＤ反応管内に被処理基板
を配置し、反応管を取り囲むＲＦコイルなどにより加熱
しながら、反応管内に、窒素原料であるアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）と、成長させるＧａＮ系半導体に応じて、ガリウ
ム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉ
ｎ）などの原料をキャリアガスとともに供給し、反応管
内に戴置された被処理基板上にＧａＮ系半導体を成長さ
せる。
英ガラスなどからなるＭＯＣＶＤ反応管内に被処理基板
を配置し、反応管を取り囲むＲＦコイルなどにより加熱
しながら、反応管内に、窒素原料であるアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）と、成長させるＧａＮ系半導体に応じて、ガリウ
ム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉ
ｎ）などの原料をキャリアガスとともに供給し、反応管
内に戴置された被処理基板上にＧａＮ系半導体を成長さ
せる。
【００３０】図２に示す構造のＧａＮ系半導体を多層に
成長させる半導体発光素子の製造方法の製造工程につい
て、図３を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示す
ように、ｃ面サファイア基板１１をサーマルクリーニン
グした後、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮなどからなるバ
ッファ層１２、約５．０μｍの膜厚のｎ型のＧａＮ層
（コンタクト層）１３、約０．５μｍの膜厚のｎ型のＡ
ｌＧａＮ層（クラッド層）１４、および、約０．１μｍ
の膜厚のｎ型のＧａＮ層（ガイド層）１５を順に結晶成
長させて形成する。上記において、ｎ型の各層にドープ
するｎ型不純物（ドナー不純物）としてはシリコン（Ｓ
ｉ）などを用いる。
成長させる半導体発光素子の製造方法の製造工程につい
て、図３を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示す
ように、ｃ面サファイア基板１１をサーマルクリーニン
グした後、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮなどからなるバ
ッファ層１２、約５．０μｍの膜厚のｎ型のＧａＮ層
（コンタクト層）１３、約０．５μｍの膜厚のｎ型のＡ
ｌＧａＮ層（クラッド層）１４、および、約０．１μｍ
の膜厚のｎ型のＧａＮ層（ガイド層）１５を順に結晶成
長させて形成する。上記において、ｎ型の各層にドープ
するｎ型不純物（ドナー不純物）としてはシリコン（Ｓ
ｉ）などを用いる。
【００３１】次に、図３（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶ
Ｄ法により、ｎ型のＧａＮ層１５上にＧａＩｎＮからな
る多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層（発光層）１６
を結晶成長させて形成する。
Ｄ法により、ｎ型のＧａＮ層１５上にＧａＩｎＮからな
る多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層（発光層）１６
を結晶成長させて形成する。
【００３２】次に、ＭＯＣＶＤ法により、活性層１６の
上層に、０．０１〜０．５μｍ、好ましくは０．０１〜
０．１μｍ（例えば０．０２μｍ）の膜厚のｐ型のＡｌ
ＧａＮ層（キャップ層）１７を結晶成長させ、さらにそ
の上層に、約０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａＮ層（ガイ
ド層）１８、約０．５μｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層
（クラッド層）１９、および、約０．１μｍの膜厚のｐ
型のＧａＮ層（コンタクト層）２０を順に結晶成長させ
て形成し、図２に示す構造に至る。上記において、ｐ型
の各層にドープするｐ型不純物（アクセプタ不純物）と
してはマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）などを用い
る。以降の工程としては、エッチングにより、図１に示
すｎ型のクラッド層自身の引き出し部１０ｃを形成し、
電極（１０ａ，１０ｂ）を形成して、エッチングなどに
よりレーザ共振器端面を形成して、所望のレーザダイオ
ードとすることができる。
上層に、０．０１〜０．５μｍ、好ましくは０．０１〜
０．１μｍ（例えば０．０２μｍ）の膜厚のｐ型のＡｌ
ＧａＮ層（キャップ層）１７を結晶成長させ、さらにそ
の上層に、約０．１μｍの膜厚のｐ型のＧａＮ層（ガイ
ド層）１８、約０．５μｍの膜厚のｐ型のＡｌＧａＮ層
（クラッド層）１９、および、約０．１μｍの膜厚のｐ
型のＧａＮ層（コンタクト層）２０を順に結晶成長させ
て形成し、図２に示す構造に至る。上記において、ｐ型
の各層にドープするｐ型不純物（アクセプタ不純物）と
してはマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）などを用い
る。以降の工程としては、エッチングにより、図１に示
すｎ型のクラッド層自身の引き出し部１０ｃを形成し、
電極（１０ａ，１０ｂ）を形成して、エッチングなどに
よりレーザ共振器端面を形成して、所望のレーザダイオ
ードとすることができる。
【００３３】上記ＭＯＣＶＤ工程においては、例えば５
１０℃の成長温度でバッファ層１２を成長させた後、例
えば約１０００℃まで昇温して、ｎ型のＧａＮ層（コン
タクト層）１３、ｎ型のＡｌＧａＮ層（クラッド層）１
４およびｎ型のＧａＮ層（ガイド層）１５を成長させ
る。次に、成長温度を例えば７５０〜８５０℃（第１の
温度）にまで降温し、活性層１６を成長させる。次に、
第２の温度として、８５０〜１１００℃、好ましくは９
００〜１０５０℃（例えば１０００℃）まで昇温してか
ら、ｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）１７、ｐ型のＧ
ａＮ層（ガイド層）１８、ｐ型のＡｌＧａＮ層（クラッ
ド層）１９およびｐ型のＧａＮ層（コンタクト層）２０
を成長させることができる。
１０℃の成長温度でバッファ層１２を成長させた後、例
えば約１０００℃まで昇温して、ｎ型のＧａＮ層（コン
タクト層）１３、ｎ型のＡｌＧａＮ層（クラッド層）１
４およびｎ型のＧａＮ層（ガイド層）１５を成長させ
る。次に、成長温度を例えば７５０〜８５０℃（第１の
温度）にまで降温し、活性層１６を成長させる。次に、
第２の温度として、８５０〜１１００℃、好ましくは９
００〜１０５０℃（例えば１０００℃）まで昇温してか
ら、ｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）１７、ｐ型のＧ
ａＮ層（ガイド層）１８、ｐ型のＡｌＧａＮ層（クラッ
ド層）１９およびｐ型のＧａＮ層（コンタクト層）２０
を成長させることができる。
【００３４】また、ｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）
１７を成長させる間に上記の第２の温度まで昇温して、
その後、ｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１８、ｐ型のＡｌ
ＧａＮ層（クラッド層）１９およびｐ型のＧａＮ層（コ
ンタクト層）２０を成長させてもよい。例えば０．０２
μｍのｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）１７を形成す
る場合、０．０１μｍ分を８００℃で成長させ、それか
らさらに０．０１μｍ分成長させる間に１０００℃まで
昇温させる温度プロファイルとすることができる。図４
（ａ）中の温度プロファイルＸは、図４（ｃ）中の各層
（符号はそれぞれ図２中の符号と一致する）に対応する
ように描いた上記の成長温度プロファイルである。上記
のように、第１の温度から第２の温度に上昇させる間に
成長させる第３半導体層の膜厚は、例えば０．０１〜
０．５μｍ、好ましくは０．０１〜０．１μｍであり、
第３半導体層の成長終了前に完全に昇温させることで、
第２半導体層の成長温度を最初から高い温度に設定で
き、第２半導体層の結晶性を向上させることができる。
１７を成長させる間に上記の第２の温度まで昇温して、
その後、ｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１８、ｐ型のＡｌ
ＧａＮ層（クラッド層）１９およびｐ型のＧａＮ層（コ
ンタクト層）２０を成長させてもよい。例えば０．０２
μｍのｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）１７を形成す
る場合、０．０１μｍ分を８００℃で成長させ、それか
らさらに０．０１μｍ分成長させる間に１０００℃まで
昇温させる温度プロファイルとすることができる。図４
（ａ）中の温度プロファイルＸは、図４（ｃ）中の各層
（符号はそれぞれ図２中の符号と一致する）に対応する
ように描いた上記の成長温度プロファイルである。上記
のように、第１の温度から第２の温度に上昇させる間に
成長させる第３半導体層の膜厚は、例えば０．０１〜
０．５μｍ、好ましくは０．０１〜０．１μｍであり、
第３半導体層の成長終了前に完全に昇温させることで、
第２半導体層の成長温度を最初から高い温度に設定で
き、第２半導体層の結晶性を向上させることができる。
【００３５】また、ｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）
１７を成長させる間に上記の第２の温度まで昇温して、
その後、ｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１８を成長する間
に第２温度からさらに昇温し、その温度でｐ型のＡｌＧ
ａＮ層（クラッド層）１９およびｐ型のＧａＮ層（コン
タクト層）２０を成長させることもできる。例えば０．
０２μｍのｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）１７を形
成する場合、０．０１μｍ分を８００℃で成長させ、そ
れからさらに０．０１μｍ分成長させる間に第２温度で
ある９００℃まで昇温させ、さらにｐ型のＧａＮ層（ガ
イド層）１８を成長させる間に第２温度（９００℃）か
ら１０００℃に昇温させる温度プロファイルとすること
ができる。図４（ａ）中の温度プロファイルＹは、図４
（ｃ）中の各層（符号はそれぞれ図２中の符号と一致す
る）に対応するように描いた上記の成長温度プロファイ
ルである。
１７を成長させる間に上記の第２の温度まで昇温して、
その後、ｐ型のＧａＮ層（ガイド層）１８を成長する間
に第２温度からさらに昇温し、その温度でｐ型のＡｌＧ
ａＮ層（クラッド層）１９およびｐ型のＧａＮ層（コン
タクト層）２０を成長させることもできる。例えば０．
０２μｍのｐ型のＡｌＧａＮ層（キャップ層）１７を形
成する場合、０．０１μｍ分を８００℃で成長させ、そ
れからさらに０．０１μｍ分成長させる間に第２温度で
ある９００℃まで昇温させ、さらにｐ型のＧａＮ層（ガ
イド層）１８を成長させる間に第２温度（９００℃）か
ら１０００℃に昇温させる温度プロファイルとすること
ができる。図４（ａ）中の温度プロファイルＹは、図４
（ｃ）中の各層（符号はそれぞれ図２中の符号と一致す
る）に対応するように描いた上記の成長温度プロファイ
ルである。
【００３６】本実施形態に係る半導体発光素子の製造方
法においては、インジウムを含む窒化物系の活性層（第
１半導体層）の上方に、第１半導体層の成長温度である
第１の温度よりも高く、インジウムが取り込まれるのを
防止する第２の温度でＡｌxＧａ1-x Ｎ（ただし、０≦
ｘ≦１）からなるガイド層などの第２半導体層を成長さ
せる。第１の温度で第１半導体層を成長させ、第２の温
度まで昇温させてから第１半導体層上に第２半導体層を
成長させてもよく、第１半導体層と第２半導体層の間に
キャップ層などの第３半導体層を形成して、第３半導体
層を形成する間に第１の温度から第２の温度に昇温させ
てもよい。
法においては、インジウムを含む窒化物系の活性層（第
１半導体層）の上方に、第１半導体層の成長温度である
第１の温度よりも高く、インジウムが取り込まれるのを
防止する第２の温度でＡｌxＧａ1-x Ｎ（ただし、０≦
ｘ≦１）からなるガイド層などの第２半導体層を成長さ
せる。第１の温度で第１半導体層を成長させ、第２の温
度まで昇温させてから第１半導体層上に第２半導体層を
成長させてもよく、第１半導体層と第２半導体層の間に
キャップ層などの第３半導体層を形成して、第３半導体
層を形成する間に第１の温度から第２の温度に昇温させ
てもよい。
【００３７】上記のように、本実施形態に係る半導体発
光素子の製造方法によれば、インジウムを含む第１半導
体層を形成した後に、直ちに温度を上昇させても、Ｇａ
ＩｎＮの分解により第１半導体層の結晶性が低下するこ
とはなく、第２半導体層の成長時の成長温度を高めるこ
とにより、第２半導体層中にインジウムが取り込まれる
のを防止して、第２半導体層の結晶性を向上させること
ができ、高品質な半導体発光素子を製造することができ
る。
光素子の製造方法によれば、インジウムを含む第１半導
体層を形成した後に、直ちに温度を上昇させても、Ｇａ
ＩｎＮの分解により第１半導体層の結晶性が低下するこ
とはなく、第２半導体層の成長時の成長温度を高めるこ
とにより、第２半導体層中にインジウムが取り込まれる
のを防止して、第２半導体層の結晶性を向上させること
ができ、高品質な半導体発光素子を製造することができ
る。
【００３８】図５（ｂ）は、上記の本実施形態の製造方
法により成長させた半導体発光素子のＳＩＭＳ（二次イ
オン質量スペクトル）分析結果であり、図中、それぞ
れ、実線Ａはインジウム（Ｉｎ）、破線Ｂはガリウム
（Ｇａ）、一点鎖線Ｃはアルミニウム（Ａｌ）の二次イ
オン強度（相対値）を表面からの距離（相対値）に対し
て測定したものである。図５（ｂ）に示すように、実線
Ａのインジウムのスペクトルに、図５（ａ）に見られる
ような肩Ａ’は観測されず、活性層の上層にインジウム
が取り込まれていないことを示している。
法により成長させた半導体発光素子のＳＩＭＳ（二次イ
オン質量スペクトル）分析結果であり、図中、それぞ
れ、実線Ａはインジウム（Ｉｎ）、破線Ｂはガリウム
（Ｇａ）、一点鎖線Ｃはアルミニウム（Ａｌ）の二次イ
オン強度（相対値）を表面からの距離（相対値）に対し
て測定したものである。図５（ｂ）に示すように、実線
Ａのインジウムのスペクトルに、図５（ａ）に見られる
ような肩Ａ’は観測されず、活性層の上層にインジウム
が取り込まれていないことを示している。
【００３９】上記の本実施形態に係るレーザダイオード
を用いて、光ディスク装置用の光学ピックアップ装置に
搭載されるレーザカプラを構成することができる。図６
（ａ）は、上記のレーザカプラの斜視図である。レーザ
カプラ１は、第１パッケージ部材２の凹部に装填され、
ガラスなどの透明な第２パッケージ部材３により封止さ
れている。
を用いて、光ディスク装置用の光学ピックアップ装置に
搭載されるレーザカプラを構成することができる。図６
（ａ）は、上記のレーザカプラの斜視図である。レーザ
カプラ１は、第１パッケージ部材２の凹部に装填され、
ガラスなどの透明な第２パッケージ部材３により封止さ
れている。
【００４０】図６（ｂ）は上記のレーザカプラ１の要部
拡大斜視図である。例えば、シリコンの単結晶を切り出
した基板である集積回路基板４上に、モニター用の光検
出素子としてのＰＩＮダイオード５が形成された半導体
ブロック６が配置され、さらに、この半導体ブロック６
上に、発光素子として図１に示す構造のレーザダイオー
ドＬＤが配置されている。
拡大斜視図である。例えば、シリコンの単結晶を切り出
した基板である集積回路基板４上に、モニター用の光検
出素子としてのＰＩＮダイオード５が形成された半導体
ブロック６が配置され、さらに、この半導体ブロック６
上に、発光素子として図１に示す構造のレーザダイオー
ドＬＤが配置されている。
【００４１】一方、集積回路基板４には、例えばフォト
ダイオード７が形成され、このフォトダイオード７上
に、レーザダイオードＬＤと所定間隔をおいて、プリズ
ム８が搭載されている。
ダイオード７が形成され、このフォトダイオード７上
に、レーザダイオードＬＤと所定間隔をおいて、プリズ
ム８が搭載されている。
【００４２】上記のレーザダイオードＬＤのレーザ光出
射部（活性層）からレーザ光Ｌが出射される。レーザダ
イオードＬＤから出射されたレーザ光Ｌは、プリズム８
の分光面８ａで一部反射して進行方向を略９０°屈曲
し、第２パッケージ部材３に形成された出射窓から出射
方向に出射し、不図示の反射ミラーや対物レンズなどを
介してＤＶＤなどの光ディスクなどの被照射対象物に照
射される。上記の被照射対象物からの反射光は、被照射
対象物への入射方向と反対方向に進み、レーザカプラ１
からの出射方向からプリズム８の分光面８ａに入射す
る。このプリズム８の上面で焦点を結びながら、プリズ
ム８の下面となる集積回路基板４上に形成された２か所
のフォトダイオード７に入射する。
射部（活性層）からレーザ光Ｌが出射される。レーザダ
イオードＬＤから出射されたレーザ光Ｌは、プリズム８
の分光面８ａで一部反射して進行方向を略９０°屈曲
し、第２パッケージ部材３に形成された出射窓から出射
方向に出射し、不図示の反射ミラーや対物レンズなどを
介してＤＶＤなどの光ディスクなどの被照射対象物に照
射される。上記の被照射対象物からの反射光は、被照射
対象物への入射方向と反対方向に進み、レーザカプラ１
からの出射方向からプリズム８の分光面８ａに入射す
る。このプリズム８の上面で焦点を結びながら、プリズ
ム８の下面となる集積回路基板４上に形成された２か所
のフォトダイオード７に入射する。
【００４３】また、半導体ブロック６上に形成されたＰ
ＩＮダイオード５は、レーザダイオードＬＤのリア側に
出射されたレーザ光を感知し、レーザ光の強度を測定し
て、レーザ光の強度が一定となるようにレーザダイオー
ドＬＤの駆動電流を制御するＡＰＣ（Automatic Power
Control ）制御が行われる。
ＩＮダイオード５は、レーザダイオードＬＤのリア側に
出射されたレーザ光を感知し、レーザ光の強度を測定し
て、レーザ光の強度が一定となるようにレーザダイオー
ドＬＤの駆動電流を制御するＡＰＣ（Automatic Power
Control ）制御が行われる。
【００４４】図７は、上記のレーザカプラを用いて光学
ピックアップ装置を構成した時の例を示す構成図であ
る。レーザカプラ１に内蔵されるレーザダイオードから
出射されたレーザ光ＬをコリメータＣ、ミラーＭ、アパ
ーチャＲおよび対物レンズＯＬなどを介して、ＤＶＤな
どの光ディスクＤに入射する。光ディスクＤからの反射
光は、入射光と同一の経路をたどってレーザカプラに戻
り、レーザカプラに内蔵されるフォトダイオードにより
受光される。上記のように、本実施形態により製造した
レーザダイオードを好ましく光ディスクシステムに適用
することができる。
ピックアップ装置を構成した時の例を示す構成図であ
る。レーザカプラ１に内蔵されるレーザダイオードから
出射されたレーザ光ＬをコリメータＣ、ミラーＭ、アパ
ーチャＲおよび対物レンズＯＬなどを介して、ＤＶＤな
どの光ディスクＤに入射する。光ディスクＤからの反射
光は、入射光と同一の経路をたどってレーザカプラに戻
り、レーザカプラに内蔵されるフォトダイオードにより
受光される。上記のように、本実施形態により製造した
レーザダイオードを好ましく光ディスクシステムに適用
することができる。
【００４５】以上、本発明を実施形態により説明した
が、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるもので
はない。例えば、本発明に係る発光素子の発光波長は特
に限定されるものではなく、ＤＶＤあるいはその他の次
世代光ディスクシステムに採用されている波長とするこ
とができる。また、実施形態においてはレーザダイオー
ドについて説明しているが、レーザに限らず、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）にも適用可能である。また、本発明
は、ＧａＩｎＮ層などのインジウムを含む層の上層に、
ＧａＮ層やＡｌＧａＮ層などのインジウムを含まない半
導体層を形成する半導体発光素子の製造方法に適用でき
る。また、本発明の製造方法を用いて、複数個の発光素
子をモノリシックに構成した半導体発光装置を製造する
こともできる。この場合、例えば、発光波長が異なる発
光素子、発光波長が同じで発光強度が異なるなどの素子
特性の異なる発光素子、さらに素子特性が同一の発光素
子などの複数個の発光素子を有する発光装置に適用する
ことが可能である。また、レーザダイオードの電流狭窄
構造としては、実施形態においては詳細に示していない
が、ゲインガイド型、インデックスガイド型、あるいは
パルセーションレーザなど、様々な特性の他のレーザに
適用することが可能である。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。
が、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるもので
はない。例えば、本発明に係る発光素子の発光波長は特
に限定されるものではなく、ＤＶＤあるいはその他の次
世代光ディスクシステムに採用されている波長とするこ
とができる。また、実施形態においてはレーザダイオー
ドについて説明しているが、レーザに限らず、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）にも適用可能である。また、本発明
は、ＧａＩｎＮ層などのインジウムを含む層の上層に、
ＧａＮ層やＡｌＧａＮ層などのインジウムを含まない半
導体層を形成する半導体発光素子の製造方法に適用でき
る。また、本発明の製造方法を用いて、複数個の発光素
子をモノリシックに構成した半導体発光装置を製造する
こともできる。この場合、例えば、発光波長が異なる発
光素子、発光波長が同じで発光強度が異なるなどの素子
特性の異なる発光素子、さらに素子特性が同一の発光素
子などの複数個の発光素子を有する発光装置に適用する
ことが可能である。また、レーザダイオードの電流狭窄
構造としては、実施形態においては詳細に示していない
が、ゲインガイド型、インデックスガイド型、あるいは
パルセーションレーザなど、様々な特性の他のレーザに
適用することが可能である。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。
【００４６】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子の製造方法によ
れば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、
活性層などのインジウムを含む半導体層の上層の半導体
層中にインジウムが取り込まれるのを防止し、インジウ
ムを含む半導体層の上層の半導体層の結晶性を向上さ
せ、高品質な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素
子を製造することができる。
れば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、
活性層などのインジウムを含む半導体層の上層の半導体
層中にインジウムが取り込まれるのを防止し、インジウ
ムを含む半導体層の上層の半導体層の結晶性を向上さ
せ、高品質な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素
子を製造することができる。
【図１】図１は、本発明および従来例に係る半導体発光
素子（レーザダイオード）の斜視図である。
素子（レーザダイオード）の斜視図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示す半導体発光素子の半導
体積層体部分の断面図であり、図２（ｂ）は活性層のポ
テンシャル図である。
体積層体部分の断面図であり、図２（ｂ）は活性層のポ
テンシャル図である。
【図３】図３は、本発明および従来例に係る半導体発光
素子の製造方法の製造工程を説明する断面図であり、
（ａ）は活性層の下層の形成工程まで、（ｂ）は活性層
の形成工程までを示す。
素子の製造方法の製造工程を説明する断面図であり、
（ａ）は活性層の下層の形成工程まで、（ｂ）は活性層
の形成工程までを示す。
【図４】図４は、本発明および従来例に係る半導体発光
素子の製造方法の製造工程における成長温度プロファイ
ルである。
素子の製造方法の製造工程における成長温度プロファイ
ルである。
【図５】図５は、（ａ）従来例および（ｂ）本発明に係
る半導体発光素子の二次イオン質量スペクトルである。
る半導体発光素子の二次イオン質量スペクトルである。
【図６】図６（ａ）は、本発明に係るレーザダイオード
を用いた光ディスク装置用の光学ピックアップ装置に搭
載されるレーザカプラの斜視図であり、図６（ｂ）は上
記のレーザカプラの要部拡大斜視図である。
を用いた光ディスク装置用の光学ピックアップ装置に搭
載されるレーザカプラの斜視図であり、図６（ｂ）は上
記のレーザカプラの要部拡大斜視図である。
【図７】図７は、本発明に係るレーザダイオードを備え
たレーザカプラを用いて光学ピックアップ装置を構成し
た時の例を示す構成図である。
たレーザカプラを用いて光学ピックアップ装置を構成し
た時の例を示す構成図である。
１…レーザカプラ、２…第１パッケージ部材、３…第２
パッケージ部材、４…集積回路基板、５…ＰＩＮダイオ
ード、６…半導体ブロック、７…フォトダイオード、８
…プリズム、８ａ…分光面、１０……半導体積層体、１
０ａ…ｐ電極、１０ｂ…ｎ電極、１０ｃ…引き出し部、
１１…サファイア基板、１２…バッファ層、１３…ｎ型
ＧａＮ層（コンタクト層）、１４…ｎ型ＡｌＧａＮ層
（クラッド層）、１５…ｎ型ＧａＮ層（ガイド層）、１
６…活性層（発光層）、１７…ｐ型ＡｌＧａＮ層（キャ
ップ層）、１８…ｐ型ＧａＮ層（ガイド層）、１９…ｐ
型ＡｌＧａＮ層（クラッド層）、２０…ｐ型ＧａＮ層
（コンタクト層）、Ｂ…電源、Ｃ…コリメータ、Ｄ…光
ディスク、Ｌ…レーザ光、ＬＤ…レーザダイオード、Ｍ
…ミラー、ＯＬ…対物レンズ、Ｒ…アパーチャ。
パッケージ部材、４…集積回路基板、５…ＰＩＮダイオ
ード、６…半導体ブロック、７…フォトダイオード、８
…プリズム、８ａ…分光面、１０……半導体積層体、１
０ａ…ｐ電極、１０ｂ…ｎ電極、１０ｃ…引き出し部、
１１…サファイア基板、１２…バッファ層、１３…ｎ型
ＧａＮ層（コンタクト層）、１４…ｎ型ＡｌＧａＮ層
（クラッド層）、１５…ｎ型ＧａＮ層（ガイド層）、１
６…活性層（発光層）、１７…ｐ型ＡｌＧａＮ層（キャ
ップ層）、１８…ｐ型ＧａＮ層（ガイド層）、１９…ｐ
型ＡｌＧａＮ層（クラッド層）、２０…ｐ型ＧａＮ層
（コンタクト層）、Ｂ…電源、Ｃ…コリメータ、Ｄ…光
ディスク、Ｌ…レーザ光、ＬＤ…レーザダイオード、Ｍ
…ミラー、ＯＬ…対物レンズ、Ｒ…アパーチャ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝妻 庸紀 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5D119 AA38 BA01 FA17 NA04 5F041 AA40 CA04 CA34 CA40 CA46 CA65 5F073 AA45 AA51 AA55 AA74 CA07 CB05 CB07 CB10 DA05 DA35
Claims (10)
- 【請求項１】窒素を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を結晶成長させて形成する工程を有する半導体発光素
子の製造方法であって、 第１の温度でインジウムおよび窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体である第１半導体層を成長させる工程と、 上記第１半導体層の上方に、第２の温度でＡｌx Ｇａ
1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第２半導体層を
成長させる工程とを有し、 上記第２の温度は、上記第１の温度よりも高く、上記第
２半導体層中にインジウムが取り込まれるのを防止する
温度である半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２】上記第２の温度は、８５０℃以上１１００
℃以下である請求項１記載の半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項３】上記第２の温度は、９００℃以上１０５０
℃以下である請求項１記載の半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項４】上記第１半導体層を成長させる工程の後、
上記第２半導体層を成長させる工程の前に、Ａｌy Ｇａ
1-y Ｎ（ただし、０≦ｙ≦１）からなる第３半導体層を
成長させる工程をさらに有し、 上記第２半導体層を成長させる工程においては、上記第
３半導体層の上層に成長させ、 上記第３半導体層を成長させる間に、上記第１の温度か
ら上記第２の温度に昇温する請求項１記載の半導体発光
素子の製造方法。 - 【請求項５】上記第２の温度は、８５０℃以上１１００
℃以下である請求項４記載の半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項６】上記第２の温度は、９００℃以上１０５０
℃以下である請求項４記載の半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項７】上記第３半導体層を、０．０１〜０．５μ
ｍの膜厚で形成する請求項４記載の半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項８】上記第３半導体層を、０．０１〜０．１μ
ｍの膜厚で形成する請求項７記載の半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項９】上記第２半導体層を成長させる工程におい
て、上記第２半導体層を成長させる間に、上記第２の温
度からさらに昇温して成長させる請求項１記載の半導体
発光素子の製造方法。 - 【請求項１０】前記半導体発光素子として、レーザダイ
オードを形成する請求項１記載の半導体発光素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000166598A JP2001345520A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000166598A JP2001345520A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 半導体発光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001345520A true JP2001345520A (ja) | 2001-12-14 |
Family
ID=18669892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000166598A Pending JP2001345520A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001345520A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007329312A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体の製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11354846A (ja) * | 1996-01-19 | 1999-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
| JP2000077783A (ja) * | 1998-08-27 | 2000-03-14 | Nec Corp | インジウムを含む窒化物半導体結晶の成長方法 |
| JP2000114599A (ja) * | 1998-10-09 | 2000-04-21 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
-
2000
- 2000-06-02 JP JP2000166598A patent/JP2001345520A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11354846A (ja) * | 1996-01-19 | 1999-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
| JP2000077783A (ja) * | 1998-08-27 | 2000-03-14 | Nec Corp | インジウムを含む窒化物半導体結晶の成長方法 |
| JP2000114599A (ja) * | 1998-10-09 | 2000-04-21 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007329312A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体の製造方法 |
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